摘要：随着我国社会经济的快速发展，城镇化进程不断推进，在市政工程施工中面临着建筑物密集、地下管线众多、场地狭小、明挖施工等困难，因此非开挖施工技术已广泛应用于市政工程。本文结合笔者多年来的施工经验，详细分析了市政工程非开挖施工技术的应用，以供同行参考。

关键词：市政工程；非开挖；施工技术

1 引言

铺设地下管线的传统方法是在地表挖沟（槽），然后将管线放人沟（槽）中，最后进行回填土方。随着社会的进步、经济的发展，地下工程建设和应用日益广泛，传统开挖施工方式显现出很大的局限性，由此，非开挖技术应运而生。

2非开挖技术的优势

非开挖技术的优势：可以避免开挖施工对居民正常生活的干扰和对交通、环境、周边建筑基础的破坏；在传统开挖施工无法进行或不允许开挖施工的场合（如河流、湖泊、重要交通干线、重要建筑物的地下管线），可用非开挖技术从其下方穿越铺设，并可将管线设计在工程量最小的地点穿越；可以高精度地控制地下管线的铺设方向、埋深，并可使管线绕过地下障碍物（如巨石和地下构筑物）；能取得较好的经济效益和社会效益。

3非开挖技术的发展与分类

我国非开挖施工技术和设备的开发、研制工作起步较晚，相应的科学研究与试验尚处于初期阶段，与国外先进国家相比差距较大。但近 20 年来，我国的非开挖技术发展速度较快。中国的非开挖施工技术的应用和发展进程，大致可以分为 3 个阶段：第一阶段（1953 年-1985 年）使用传统的非开挖技术阶段；第二阶段（1985 年-1994 年）引进国外现代非开挖技术与装备阶段；第三阶段（1994 年至今）在引进的同时，自行研发非开挖装备与相应技术阶段。

非开挖施工方法按用途可分为管线铺设、管线更换和管线修复三大类。对于管线铺设，其施工方法包括顶管法、隧道施工法、小口径顶管法、导向钻进法、螺旋钻进法、顶推钻进法、水平定向钻进法、冲击矛法、夯管锤法、冲击钻进法；对于管线更换，其施工方法包括爆管法、胀管法、吃管法；对于管线修复，其施工方法包括内衬法、改进的内衬法、软衬法、缠绕法、喷涂法、灌浆法。本文主要介绍管线铺设中的水平定向钻进法。

4水平定向钻进法

4.1施工方法

在所有的非开挖方法中，水平定向钻进法是唯一适用于所有土层的非开挖施工方法。该方法源自石油工业，最初是用于精度不高的小口径管道穿越河流，现广泛应用于压力管道穿越较大的障碍物下铺设，如穿越机动车道、大江大河、机场跑道等。

施工时，采用方向可控的旋转钻头从地表以10º一15º的角度钻入（通常导向孔直径为90mm，且使用泥浆护孔）。钻进过程中，在导向钻杆外跟进1根直径为125mm的套洗钻杆，其位于钻头后约100m处，连续并交替使用导向钻杆和套洗钻杆进行钻进，直到两者均钻达对面的出口坑。卸下导向钻杆，在套洗钻杆上连接旋转式筒状扩孔器进行回拉扩孔，此时钻进泥浆被用于冲走钻屑并支撑扩大钻孔。在达到需要的孔径前，可持续多次扩孔。最后，将欲铺设的成品管与扩孔钻头连接并拉人钻孔。水平定向钻进法能铺设长度达1.5km、直径达1200mm的管道。

4.2工艺流程

水平定向钻进法的施工工艺流程为：施工准备弓规划与设计钻孔轨迹斗应用钻液。钻导向孔、回拉扩孔*回拉铺管。

4.2.1施工准备

进人施工现场后，需调查该管道施工范围内有无其他地下管线，若有则需作出标记，以防止在拉进过程中对原管线造成损害。根据设计单位交付的设计资料，对所有导线点和水准点进行测量，根据测量结果进行管线放样、水准点引点等工作。

4.2.2规划与设计钻孔轨迹

导向孔轨迹设计是否合理，对管线施工能否成功至关重要。钻孔轨迹根据工程要求、地层条件、地形特征、地下障碍物的具体位置、钻杆的人出土角度、被铺设管线和（或）钻杆允许的曲率半径等情况，设计出最佳钻孔路线。该设计路线还会根据施工时遇到的实际情况进行调整。

将探测棒插人导向头内，将导向头后端与钢管连接，然后用顶管机给钢管施加压力，从而推进导向头，将导向头打人地下；导向仪可随时接收导向头的方位与深度，顶管机可根据此信息及时旋转导向头，使导向头可向前、向上、向下、向左、向右运动，随时改变导向头深度和方向，在地下形成一个直径为100mm的圆孔通道，孔道中心线即为所需铺设管道的中心线。

4.2.3应用钻液

钻液（俗称泥浆）在施工中起到以下重要作用：①清孔（首要目的）——清洁孔洞，以便拖管，减少回拖阻力；②稳定地层——成孔护壁，维持地层原始状态；③悬浮钻屑——帮助排屑，随泥浆回流带出；④冷却润滑——冷却信号棒，降低钻具磨损，减小功率损耗。

此外，钻液还能作为一种重要的工具，在水平定向钻进施工中起到“血液”的重要作用，主要目的是减少施工阻力和风险。

钻液主要由水和（或）膨润土以及其他添加剂聚合物组成。在不同的地质条件下，需要使用不同配比的钻液。钻液的品质越好，其流动性和悬浮性越好，可以与钻屑混合使携带、排出能力更强，成孔效果也越理想，工程成功的概率越大，因此，在施工中不能用水替代钻液。用水代替钻液会影响工程施工效率和孔道质量，甚至导致工程失败。

4.2.4钻导向孔

根据不同的地质条件以及工程的具体情况，应选择合适的钻具和钻进方法来完成导向孔的钻进。在钻进导向孔时必须按设计曲线钻进，这对钻头的准确定位及变向控制非常重要。钻进过程中信号传送的方法主要包括电缆法和电磁波法。电磁波法的测量范围一般在600m以内水平距离，其工作原理为：在导向钻头中安装发射器，通过地面接收器，测得钻头所处的深度、钟面、侧仰角等参数，然后与设计曲线进行对比，以便及时纠正。地面接收器具有显示与发射功能，可以将接收到的相关信息同步传送至遥显仪（远程显示器），以便司钻手能按照要求控制钻机，使其沿设计制钻机的轨迹钻进。

4.2.5回拉扩孔及铺管

在扩孔（铺管）施工中，应根据不同的土层、成孔直径等情况，正确选择回扩钻具类型，确定合适的泥浆配方和用盘。扩孔器类型有切扩式、挤扩式、流道式等。在较软的地层施工时，宜选择挤扩式扩孔器，它可以将松软的泥土挤扩到孔壁四周，起到很好的固孔作用；采用直接挤压方式进行扩孔时，必须考虑挤压时所产生的力是否会通过土层的传递造成对地表建筑物的损坏。当在地层较硬的环境施工时，可以先采用切扩式扩孔器，然后再使用挤扩式扩孔器，以便使地下孔道成孔良好。如果土质合适（非黏性土），也可以采用同时具有切扩和挤扩特性的流道式扩孔器，这类扩孔器成孔效果好，施工速度快。

最大扩孔器尺寸通常为铺设管径的1.5倍，这样既能够保持泥浆流动畅通，又可以保证管线安全、顺利地进行敷设。完成扩孔任务后，就可以进行回拉管线施工。对一些耐压管线（如自来水、天然气、石油管线），必须按照相关要求对管线的焊缝进行一系列试验和验收，在确认合格后，才能回拉敷设管道。

4.3对PE管的要求

水平定向钻进施工技术的特殊性，对被敷设到地下的PE管提出以下相应要求。

（1）作为承压管道，其性能和尺寸必须符合相关的国家（行业）标准。

（2）热熔焊接或电熔焊接的焊缝质量除满足相关行业检验要求外，还必须有可靠的抗拉强度，避免在回拉管线过程中发生焊缝开裂甚至断裂。

（3）当PE管作为护套管使用时，如果刚度不满足要求，在回拉过程中，管道可能会受到孔道内淤积的泥屑挤压而产生变形，影响其他线缆穿人。

（4）在施工规范和管材制造上，需要考虑如何方便探测到PE管。随着各种非开挖技术的应用，越来越多的PE管被埋人地下，造成有限的地下空间越来越挤，如果无法探测到已经埋人地下的PE管，则有可能发生PE管被损坏的现象，造成各种事故濒发，引起不必要的损失。

4.4实际应用

4.4.1某给水工程实例

某给水工程原给水方案为延长预埋的DN600mm钢管到马路对面，之后接引DN500mm球墨管到用水点。现场施工条件：①预埋管管口位置安装有大型广告牌和红绿灯，施工时有一定危险；②涉及交通干道约50m，影响交通时间长；③道路南边有4条DN1000mm的排水管，从它们顶上跨越安装时，给水管道覆土厚度仅为10mm。

鉴于上述复杂的施工条件，经比较决定采用非开挖水平定向钻进方法安装1条DN500mmPE过路管。

采用非开挖水平定向钻进方法不但可以节约工程费用，缩短工期，而且对居民生活和交通影响小，社会效益明显。

4.4.2某市工业园给水工程

某市工业园DN500mm给水管线需跨越河面宽为30m的河道，原设计方案设置了6个过河支墩，架空安装，后来考虑到原方案工期长、工程投资大，无法满足工业园用水迫切的要求。经综合比较，决定采用安全性和经济性良好的非开挖水平定向钻进方法穿越河底安装1条DN500mmPE过河管。

由于河底没有其他障碍物，土质基本为泥浆，因此本工程采用非开挖水平定向钻进穿越河底的方法牵引管线，大大缩短了工期，减少了工程费用。

4.5注意事项

应用非开挖水平定向钻进铺管技术时，应注意以下事项。

（1）定向钻进施工前应掌握施工位置的地质状况，选择适当结构的钻头。

（2）仔细清查钻进轨迹中的地下管线情况，掌握地下管线的埋深、管线类型和管线材料，根据实际情况编制施工方案。

（3）导向孔施工前应对导向仪进行标定或复检，以保证探头精度。

（4）导向孔每3m测1次深度，如发现偏差应及时调整，以确保导向孔偏差在设计范围内。

（5）拖拉管线前应做好安全辅助工作，特别是拖拉非金属管线时，应避免损伤管材。

（6）管线拖拉完毕后，应按管道试压规程进行试压，验收合格后方可进行管道接驳。

5结语

由于非开挖施工技术具有众多优势，而且随着现代文明意识和环保意识的逐渐加强，城市限制开挖施工的法规陆续出台，极大地推动了非开挖技术的发展。目前，非开挖施工技术已经成为城市市政施工的主要手段，被广泛应用于穿越公路、铁路、建筑物、河流以及在闹市区、古迹保护区、农作物和植被保护区等不允许或不能开挖的条件下进行煤气、电力、电信、有线电视线路、石油、天然气、热力、排水等管道的铺设。当前，非开挖技术产业在我国已成为一个高技术含量、高附加值的新兴产业。

参考文献：

[1]靖向党.非开挖地下管线施工技术的发展现状与对策[J].长春工程学院学报（自然科学版），2001，（03）.

[2]王晓惠，罗树德.浅谈顶管施工技术[J].科技风，2010，（18）.

[3]杨振兴.非开挖技术在市政工程中的应用[J].企业科技与发展，2011，（09）.

[4]唐宁霞，陶义.市政工程给排水管线施工工艺分析[J].科技资讯，2009，（27）.